中草药三七气吸滚筒式精密排种器的设计与试验

因中草药三七种植属于密集型精密种植模式,尚无满足种植要求的播种机,为解决三七机械化精密播种问题,研究设计了一种气吸滚筒式精密排种器。该文阐述了三七气吸滚筒式精密排种器的工作原理,确定了其主要结构参数,构建了充种和投种过程种力学模型。以云南文山三七种子为播种对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行了排种性能试验研究,并通过投种对比试验验证了零速投种的必要性。建立了负压、前进速度、吸种角度3个主要因素与合格率、漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素及交互作用对合格率的影响规律,并进行了参数优化与验证试验。影响排种合格率的因素主次顺序为负压、前进速度和吸种角度;确定最佳参数组合为吸种角度为20°,负压值660~720 Pa,前进速度在0.72~0.76 m/s,可获得合格率大于90.2%,漏播率小于4.9%,重播率小于5.3%。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足三七精密播种的种植要求。试验结果表明此种气吸滚筒式精密排种器对于三七种子具有很好的播种适应性。该研究为应用于田间阴棚内播种的气吸滚筒式精密排种器的设计提供了参考。     

斜插式免耕穴播机设计与试验（英文）

该文针对现有免耕播种机存在的机具防堵效果差、种肥深度精准度低、播种均匀性差等问题,设计了一种斜插式免耕穴播机。该机器播种施肥采用45°斜插入土方式,入土器的凸轮推杆开合机构,能够有效防止夹土、粘土、堵塞等问题;入土器的平行四杆仿形机构配合曲柄滑块入土机构,可保证播种深度一致、种肥同步、种肥侧深距离精确度高以及播种均匀性好;45°倾斜角易实现自动覆土功能。另外增设了可调链轮变速机构,充分弥补了现有免耕穴播机株距调整困难问题;改进了原有排种器和排肥器适应性差的缺点,采用多窝眼轮排种器,能够满足不同作物品种的播种需求。该机的工作参数(行距、株距、播深、肥位等)皆为可调,适应性更强。依据设计研制样机并进行玉米播种田间试验,结果表明:播种覆土均匀,播种深度和施肥深度合格率分别为90.52%和91.23%,变异系数分别为5.91%和6.26%,种肥水平距离和垂直间距合格率分别为95.71%和91.65%,变异系数分别为4.64%和8.01%;株距合格率92.13%,重播率4.60%和空穴率3.27%,满足JB/T 10293-2001《单粒(精密)播种机技术条件》中播种合格指数≥80%,重播指数≤15%,漏播指数≤8%的农艺要求。该研究可为精准免耕穴播机的设计提供参考。     

气吸式排种器带式导种装置的设计与试验

针对免耕播种机双圆盘式开沟器投种点高,种子播入土壤中粒距变异系数大,合格指数低的缺陷,该文在对气吸式排种器成穴时间平衡分析的基础上,设计开发了一种与取种盘转速、播种机行走速度相关,且传动与投种机构一体的带式导种装置,并确定了该气吸式排种器带式导种装置的主要结构参数。在综合试验因素对株距合格率,重播率和漏播率影响不同的基础上,确定影响排种质量的主次顺序为投种点高度、取种盘转速和负压室压力,较优参数组合为投种点高度100mm,取种盘转速30r/min和负压室压力3.5kPa。此时粒距合格率为98.50%、漏播率为0.48%、重播率为1.02%。通过试验验证,试验值与理论值误差分别为0.11%、0.17%和0.08%,符合试验要求。该文为气吸式排种器的参数优化与排种质量进一步提升提供了理论依据。     

气吸式胡萝卜起垄播种一体机研制

该研究结合山东等地的胡萝卜垄作种植模式,研制了一种集起垄、开沟、精量播种、覆土、镇压等功能于一体的气力式胡萝卜精量播种机,实现胡萝卜垄上窄行精量播种作业。该机采用负压吸种、正压吹杂完成单粒精量播种,主要由气吸式精量排种器、起垄整形装置、开沟分种装置、覆土器、机架及传动系统组成。根据吸种及投种过程的种子受力及运动分析,得到排种器气室真空度临界值,明确了投种位置及株距均匀性的主要影响因素。设计了双圈型孔排种盘,排种盘内外圈型孔所在圆周半径分别为87.5和95.0 mm,每圈型孔数量为30个。依据清种要求及作业空间,设计锯齿刮板式及偏心式刮种器,实现型孔两侧刮种;根据种植农艺要求,确定FL-2.5型风机,实现不同播种风量要求;采用3个双翼铧式犁起垄,并通过整形装置对垄形进行修整,一次完成2个梯形垄;遵循单体双窄行、浅开沟及少覆土要求,确定了开沟分种结构及覆土板参数。依据投种过程分析,采用低位投种方式,最低限度布置排种器,开沟分种装置总体高度在100mm左右。以排种盘型孔直径、排种盘转速和气室负压为试验因素,以粒距合格率、漏播率和重播率为试验评价指标,进行三因素五水平的二次回归正交旋转组合试验,获得排种器最佳参数组合为型孔直径1.6mm,排种盘转速18 r/min,气室负压4.4k Pa。田间试验结果表明,该机播种粒距合格率大于94%、漏播率小于5%、重播率小于4%,满足相关国家标准及胡萝卜种植农艺要求,可为胡萝卜精量播种机具的设计提供参考。     

内嵌勺盘式舵轮免耕施肥播种机的研制与试验

在播种过程中,由于种子与排种管、开沟器的碰撞和机组前进的共同作用,使得种子落地的位置是随机的,造成播种均匀性差,为解决此问题,该文研制了内嵌勺盘式舵轮免耕施肥播种机,主要由旋刀式苗带清整装置、内嵌勺盘式舵轮穴播器等组成。内嵌勺盘式舵轮穴播器由舵轮式穴播器和勺盘式排种器集成在一起,发挥勺盘式排种器精量取种和舵轮式穴播器定点投种的优势,实现玉米等株距精量播种。田间试验表明：种、肥深度变异系数分别为23.2%和20.2%,株距合格率达96%,出苗率达95%,机具通过性满足农艺要求。     

玉米种子分级处理对气力式精量排种器播种效果的影响

该研究的宗旨是考察玉米种子分级处理对气力式精量排种器播种效果的影响。将玉米种子按形状和大小分为4级,分别用气吹式和气吸式2种精量排种器进行试验,以考察种子分级对合格、重播、漏播等播种指标的影响。试验表明：气吹式排种器对玉米种子形状和大小变异的适应性较强;对于气吹式排种器而言,在满足播种指标要求前提下,种子分级对其播种合格指数、重播指数影响显著,对其漏播指数和变异系数影响不显著,圆形种子合格率为96%,扁平种子合格率为87.4%,优势明显;而对气吸式排种器而言,分级后对各项质量指标的影响不显著,且出现较多播种不合格情况,说明即使进行种子分级也未能明显改进其播种性能。试验条件下,气吹式精量排种器的播种质量指标优于气吸式精量排种器。     

气吸式玉米高速精量排种器投种性能分析与结构优化

为解决前期研制的气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下存在投种位置不一致和横向飞种导致播种均匀性差的问题,该研究从力学角度对投种位置不一致和横向飞种现象进行分析,构建了不同吸附姿态和尖端直立深入吸附种子的力学模型以及相邻两粒种子间距的数学模型,明确了投种位置不一致和横向飞种的产生机理及速度和株距对投种均匀性的影响机制,提出一种末端拨离+直线投种方法,确定了末端拨离阻气件的关键参数。利用高速摄像技术和ProAnalyst运动分析软件对投种过程进行对比分析,结果表明,采用末端拨离+直线一致性投种方法,种子在竖直方向匀加速运动,在水平方向速度为0,到达投种位置后脱离种盘,沿竖直方向直线加速进入导种管,可实现均匀一致的直线投种。台架试验结果表明,采用末端拨离+直线投种的气吸式精量排种器在各个作业速度条件下排种性能较改进前均有所改善,在14 km/h时,合格指数提高了1.61个百分点,漏播指数降低了1.00个百分点,株距变异系数降低了1.79个百分点。田间试验结果表明,在作业速度小于等于12 km/h条件下,播种机的播种合格指数均大于94%,漏播指数小于5%,重播指数小于2%,株距变异系数小于20%,采用末端拨离+直线投种方式可大大改善播种效果,提高精量播种机作业速度。研究结果可为气吸式高速精量排种器的研究提供参考。     

油麦混编景观种子带编织机研制

为实现油菜、小麦等大田作物景观化种植,该研究基于已有种子带编织机工作原理,设计了一种油麦混编景观种子带编织机,可实现按照预设景观图案自动进行2种作物种子在纸带中的规律化播种。对气吸式排种器等关键部件进行设计,通过试验进行结构和作业参数优化并对编织效果进行评估。试验结果表明,油菜在气流负压2500Pa、吸孔直径1.2 mm和电机转速3 r/min的条件下,小麦在气流负压2 500 Pa、吸孔长径为3.9 mm和短径为1.9 mm、电机转速3 r/min的条件下,排种性能达到最优,播种合格率分别为94.1%和92.2%,重播率分别为1.8%和3.1%,漏播率分别为4.1%和4.7%。机器走纸精度稳定,种子排布均匀性较好,株距变异系数小于6%;当设定作物株距与行距为5cm,总编织点数目在100～900范围内逐渐增加时,图案相对位置变异系数和编织面积变异系数整体上均随图案尺寸增大而减小,图案编织精度逐渐提高,最终稳定在17%左右。田间试验结果表明,苗期图案的相对位置变异系数为18.26%,编织面积变异系数为10.87%,基本呈现出预期的图案视觉效果,研究结果可为大田作物景观化种植的机械化作业提供参考。     

气吸滚筒式垄上三行大豆密植排种器设计与参数优化

针对1.1 m大垄垄上三行密植大豆栽培技术配套播种机不得不采用单行播种单体前后错排使用,导致播种机结构复杂、通过性差等问题,研究设计了一种与垄上三行大豆密植栽培模式配套的气吸滚筒式大豆排种器。通过理论分析初步确定其主要结构参数并建立充种过程力学模型,运用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以真空度、作业速度、型孔孔径为试验因素,以粒距合格指数、重播指数、漏播指数、各行排量一致性变异系数为目标函数,参照国标GB6973-2005《单粒(精密)播种机试验方法》实施参数优化试验。结果表明:当参数组合为型孔孔径4.5 mm、真空度4.7~5.9 k Pa、作业速度低于9.1 km/h时,该排种器的合格指数≥95%、重播指数≤3%、漏播指数≤2%、各行排量一致性变异系数≤6.5%。研究结果为气吸滚筒式三行大豆排种器的开发奠定了基础。     

马铃薯气力精量播种机设计与试验

针对目前中国马铃薯播种机普遍存在作业速度慢、精度低、重漏播率高等关键问题,根据中国北方马铃薯一季作区大规模、大面积和高效精量播种的农艺要求,该文研制了一种马铃薯气力式精量播种机,该机一次作业可完成马铃薯开沟、侧深分层施肥、高速播种和覆土等多项功能。设计了气吸式马铃薯播种机多臂均布式排种器结构、分体式滑刀开沟器、排种器风机和动态供种装置;确定了包括配气阀、吸种臂及2种(常规薯、微型薯)吸种嘴的排种器关键部件的结构参数。田间生产试验表明,马铃薯气力精量播种机作业速度可达到10.2 km/h,播种早出苗2~3 d,同苗率达到96%。200 hm2的生产应用表明,本文所研制的马铃薯气力精量播种机重播率≤1%,漏播率≤1%,株距变异系数≤10%,同苗率96%,均超过国家标准且满足马铃薯田间种植的农艺要求,为中国马铃薯机械化播种提供了一种新技术、新装备和新方法。     

水稻直播用精播绳制造设备研制

水稻直播栽培技术具有省工、节本、增效等优点,但现有的直播机无法适应精确定量栽培的农艺要求。为此,设计了一种水稻直播用精播绳制造机械设备,该设备主要由送纸机构、排种机构、加捻机构和种绳卷绕成形机构等部分组成。其在工厂内将稻种按照设定的穴距和每穴粒数卷在4～7 cm宽的纸带内,并捻制成种绳,而后再将种绳卷绕成圆柱状供大田播放。大田作业时,通过将精播绳铺放在平整后的田块中,实现水稻的有序栽培。试验结果表明,研制的机械设备工作性能稳定,生产的种绳穴距变异系数不超过3.15%,每穴粒数变异系数不超过13.42%,种绳直播的水稻产量达10 290 kg/hm2,与当地的机插或人工手插相比无显著差异,但明显高于中国目前水稻平均单产。     

磁吸式穴盘精密播种机的研制及试验

穴盘精密播种是现代育苗技术的一个重要环节，由于蔬菜、花卉等作物种子具有体积小、重量轻、形状又不规则的特点，给其精密播种带来了困难。为了较好地实现这类种子的精密播种，在分析了国内外现有精密播种技术的基础上，提出并设计了一种新型磁吸式精密播种机。该机依靠电磁吸头精确吸取经磁粉包衣处理的种子，通过调节磁吸力的大小来控制播种量和播种精度，整机由步进电机驱动，并由单片机协调控制来自动作业。通过对小白菜、西红柿、黄瓜等作物种子的初步试验，其单粒精播率达90％，漏播率低于5％，说明该机具有较高的播种精度和对不同类型种子     

点胶-纸带式小粒径种子蔬菜精密播种机设计与试验

针对目前蔬菜机械化播种精度低的问题,该研究设计了一种点胶-纸带式小粒径种子蔬菜精密播种机。通过对蠕动泵胶装置、棘轮点胶装置、排种装置的机构分析,确定了各机构的结构参数,并以导种管长度、导种管截面角度以及窝眼轮转速为试验因素,结合Box-Behnken试验方案进行导种管优化试验。结果表明,当导种管长度为56 mm,截面角度为35°、排种轮转速为30 r/min时,纸带上有效区种子占比达57.23%。以泵胶装置辊子转角和预胶化淀粉与水混合物质量比为试验因素,对直径为1.5～2.0 mm的上海青605种子进行粘附试验。结果表明,当辊子转角为10°,预胶化淀粉与水混合物质量比为1:6时,单粒种子粘附率达97.4%。开展整机对不同品种小粒径蔬菜种子的适应性试验,结果表明,在0.5～1.5 m/s作业速度下,上海青605和四季小白菜的播种单粒率均大于95%,株距变异系数均小于10%。与现有电控锥盘式蔬菜播种机相比,单粒率提高了3.53%,工作效率提高了50%,满足NY/T1143-2006规定的精密播种性能指标要求,该研究可为小粒径种子蔬菜精密播种机的结构设计和优化提供参考。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

气吸式玉米高速精量排种器直线投种过程分析与试验

为解决气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下投种过程种子与导种管碰撞异位造成排种粒距合格率下降和排种粒距变异系数增大的问题,该文提出了一种利用推种装置配合种盘吸孔实现直线投种的方法,并对直线投种原理进行分析,阐明直线投种过程中种子与排种器的运动和力学关系,明确种盘吸孔曲线方程,确定了推种装置结构曲线参数方程。选取投种位置和作业速度为主要因素进行全因素试验,对试验结果进行显著性分析,确定了因素与指标的回归方程,以排种粒距合格率、漏播率以及排种粒距变异系数为寻优条件,确定较优的投种位置为直线推种区角度=15°,直线落种角度=21°,并进行验证试验。试验结果表明,作业速度12 km/h时,排种粒距合格率为98.68%,漏播率为0.69%,排种粒距变异系数为15.03%,与理论优化结果基本一致。进行了直线投种方式与原有阻气投种方式的对比试验,结果表明,各个作业速度下排种器性能指标均有所提升,且提升幅度随着作业速度的提高而增大,在作业速度14 km/h时,直线投种较原有阻气投种排种粒距合格率提高4.22个百分点,漏播率降低4.20个百分点,排种粒距变异系数降低4.55个百分点,采用直线投种方式可大大改善播种效果,提高作业速度。     

基于机器视觉和BP神经网络的超级杂交稻穴播量检测

为了保证秧盘上每穴超级稻种子数量一致,实现精密播种作业,需对播种性能进行准确检测,但超级杂交稻播种到秧盘中,多粒种子存在粘连、重叠、交叉等情况,传统的面积、分割算法对上述情况播种量检测精度低,因此需提高上述情况种子播种量检测精度。考虑到种子连通区域的形状特征反映种子数量,该文提出一种基于机器视觉和BP神经网络超级杂交稻穴播量检测技术。针对超级稻颜色特征,采用RGB图像中红色R和蓝色B分量组成的2×R-B分量图和固定阈值法获取二值图像;投影法定位秧盘目标检测区域和秧穴;提取连通区域10个形状特征参数,包括面积、周长、形状因子、7个不变矩,建立BP神经网络超级稻数量检测模型,检测连通区域为碎米/杂质、1、2、3、4和5粒以上6种情况;试验结果表明,6种情况的检测正确率分别为96.6%、99.8%、97.2%、92.5%、86.0%、94.3%,平均正确率为94.4%,每幅图像平均处理时间0.823s,满足精密育秧播种流水线在线检测要求;研究结果为实现精密恒量播种作业提供参考。     

双腔气力式水稻精量水田直播机设计与试验

杂交水稻分蘖能力强，产量高。为满足杂交水稻水田直播需求，该研究以3～5粒/穴为播种目标，设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构，并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象，以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2～0.4 m/s时，10行排种器平均播种合格率（3～5粒/穴率）为91.04%，0～2粒/穴率为2.23%，大于5粒/穴率为6.73%，各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%，满足杂交稻田间播种作业要求，为水田精量直播提供了参考依据。     

水稻精量穴直播机播量监测系统研制

播种量是水稻精量穴直播机的关键技术参数。为了实时监测水稻精量穴直播机的播种量,提高播种作业性能,该文以环形布置安装于排种管的面源式光电传感器为主要监测元件,设计了水稻精量穴直播机播量监测系统。根据型孔式排种器结构与工作原理,确定了面源式光电传感器和旋转编码器的安装方式。采用高速摄像技术建立了水稻种子流通过监测区时种子数量与脉冲宽度之间的数学模型;通过时间分割节点得到穴粒数监测时间窗口,根据监测时间窗口内的脉冲宽度信息得到每穴播种粒数。选用南粳46和象牙香占2种具有代表性的水稻品种,对水稻精量穴直播机播量监测系统进行试验,将人工统计数据与监测系统统计数据进行对比分析,台架试验结果表明:对于南粳46(短粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过7.99%,穴数监测误差不超过6.07%;对于象牙香占(长粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过24.07%,穴数监测误差不超过5.66%。该系统基本满足不同工作转速下不同粒型的水稻播种量实时监测要求,可为后期实现水稻精量穴直播机大田作业参数监测提供了参考。